Par Veronica Mitchell Mis à jour le 30 août 2022
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Les atomes réagissent en gagnant, en perdant ou en partageant des électrons. Leur réactivité dépend de la facilité avec laquelle ils peuvent modifier leur couche électronique externe.
Les atomes sont construits à partir de trois particules subatomiques :les protons, les neutrons et les électrons. Le numéro atomique (nombre de protons) identifie l'élément ; par exemple, tout atome comportant six protons est du carbone. Les atomes neutres maintiennent un nombre égal de protons chargés positivement et d’électrons chargés négativement. Les électrons gravitent autour du noyau selon des niveaux d’énergie, ou couches, disposés de la manière la plus proche ou la plus éloignée du noyau. Chaque couche ne peut accueillir qu'un nombre limité d'électrons. Les électrons les plus externes, appelés électrons de valence, sont donc cruciaux pour déterminer le comportement chimique.
Étant donné que le nombre d’électrons est égal au nombre de protons, la plupart des atomes ont une coque externe partiellement remplie. Lorsque les atomes rencontrent d’autres espèces, ils ont tendance à atteindre une couche de valence complète, soit en perdant des électrons, soit en gagnant des électrons, soit en partageant des électrons via des liaisons covalentes. Cette tendance vers une configuration stable permet aux chimistes de prédire la réactivité d’un atome en examinant sa configuration électronique. Les gaz rares tels que le néon et l'argon sont inertes car ils possèdent déjà une enveloppe externe complète et participent rarement aux réactions à moins d'être exposés à des conditions extrêmes.
Le tableau périodique organise les éléments de manière à ce que les atomes ayant des propriétés similaires apparaissent dans la même colonne ou groupe. Les éléments du groupe 1 (sodium, potassium et autres) contiennent chacun un seul électron de valence faiblement retenu par le noyau. Par conséquent, ces atomes perdent facilement cet électron, ce qui les rend très réactifs. En revanche, les éléments du groupe 17 ont un emplacement vide dans leur enveloppe extérieure ; ils sont désireux d'accepter un électron, ce qui explique leur forte électronégativité et réactivité.
L'énergie d'ionisation (IE) est l'énergie nécessaire pour retirer un électron d'un atome. Une faible énergie de première ionisation indique qu’un atome peut facilement se débarrasser de son électron externe. Les énergies d'ionisation sont mesurées pour l'élimination successive des électrons :le premier I.E. supprime l’électron le plus externe, le second supprime le suivant, et ainsi de suite. Par exemple, le calcium (groupe 2) a un premier I.E. de 590 kJmol⁻¹ et un deuxième I.E. de 1 145 kJmol⁻¹, mais un tiers d'IE nettement plus élevé. de 4912 kJmol⁻¹. Ces valeurs suggèrent que le calcium perd généralement ses deux premiers électrons lors de réactions chimiques.
L'affinité électronique (Eₐ) mesure la facilité avec laquelle un atome accepte un électron. Une affinité électronique très négative indique une forte tendance à gagner un électron. Le fluor, l'élément le plus réactif, a une affinité électronique de -328 kJmol⁻¹, ce qui le rend exceptionnellement désireux d'accepter les électrons. Comme les énergies d'ionisation, les affinités électroniques successives révèlent comment un élément se comportera lors de ses interactions avec d'autres espèces.